Термостимулированные превращения в криовакуумных льдах воды
До настоящего времени нет единого мнения относительно механизма и природы структурных трансформаций в криовакуумных льдах воды. Различаются интерпретации поведения криоосадков в отношении предполагаемого стеклоперехода как в последовательности превращений, так и значениях температуры стеклопереход...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Физика низких температур |
|---|---|
| Datum: | 2007 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2007
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/127804 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Термостимулированные превращения в криовакуумных льдах воды / А. Дробышев, А. Алдияров, Д. Жумагалиулы, В. Курносов, Н. Токмолдин // Физика низких температур. — 2007. — Т. 33, № 4. — С. 479-487. — Бібліогр.: 28 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-127804 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Дробышев, А. Алдияров, А. Жумагалиулы, Д. Курносов, В. Токмолдин, Н. 2017-12-28T12:27:33Z 2017-12-28T12:27:33Z 2007 Термостимулированные превращения в криовакуумных льдах воды / А. Дробышев, А. Алдияров, Д. Жумагалиулы, В. Курносов, Н. Токмолдин // Физика низких температур. — 2007. — Т. 33, № 4. — С. 479-487. — Бібліогр.: 28 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 78.30.–j, 61.50.–f, 78.30.Hv https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/127804 До настоящего времени нет единого мнения относительно механизма и природы структурных трансформаций в криовакуумных льдах воды. Различаются интерпретации поведения криоосадков в отношении предполагаемого стеклоперехода как в последовательности превращений, так и значениях температуры стеклоперехода Tg. Приведены результаты экспериментального исследования термостимулированных полиаморфных и полиморфных превращений в криовакуумных конденсированных пленках льдов воды, образованных при температуре подложки 16 К. Исследования проведены на модифицированном криовакуумном ИК спектрофотометре в интервале частот 4200–400 см⁻¹, использован разрабатываемый авторами метод наблюдения трансформаций пленок криоосадков на фиксированной частоте ИК спектрометра. Получены данные, уточняющие температурные интервалы существования и превращений разновидностей аморфной твердой воды: высокой и низкой плотности, а также «сдерживающих» аморфных фаз и их переходов в кристаллическое (кубическое и гексагональное) состояние. Сделан вывод, что температура стеклоперехода Tg находится в температурном интервале 136–138 К. Эти результаты хорошо согласуются с результатами, полученными P. Jenniskens с сотрудниками. До теперішнього часу немає єдиної думки щодо механізму та природи структурних трансформацій у кріовакуумних льодах води. Розрізняються інтерпретації поводження кріоосадків у відношенні склопереходу, який передбачено, як у послідовності перетворень, так і значеннях температури склопереходу Tg . Наведено результати експериментального дослідження термостимульованих поліаморфних та поліморфних перетворень у кріовакуумних конденсованих плівках льодів води, які утворені при температурі підкладки 16 К. Дослідження проведено на модифікованому кріовакуумному ІЧ спектрофотометрі в інтервалі частот 4200– 400 см⁻¹ , використано метод спостереження трансформацій плівок кріоосадків, який розроблюється авторами на фіксованій частоті ІЧ спектрометра. Отримано дані, що уточнюють температурні інтервали існування та перетворень різновидів аморфної твердої води: високої і низької густини, а також «стримуючих» аморфних фаз та їхніх переходів у кристалічний (кубічний і гексагональний) стан. Зроблено висновок, що температура склопереходу Tg знаходиться у температурному інтервалі 136–138 К. Ці результати добре узгоджуються з результатами, які одержані P. Jenniskens зі співробітниками. The question of the nature and mechanism of structural transformations in cryovacuum water ices is still disputable. There are different interpretations of cryoprecipitate behaviour in the range of glass transition concerning both the sequence of transformations and the value of glass transition temperature Tg. The paper presents the experimental data on thermally stimulated polyamorphic and polymorph transitions in cryovacuum deposited water ice films formed at T = = 16 K. The studies were conducted using a modified cryovacuum spectrophotometer at frequencies ranged 4200–400 cm⁻¹. The experiments were based on indirect observation of transformations in cryodeposited films at a fixed IR spectrometer frequency, the method being developed by the authors. The authors present the data which accurately define the temperature intervals of existence and transitions between amorphous solid water, high density amorphous, low density amorphous and restrained amorphous states, as well as their transitions into crystalline (cubic and hexagonal) state. Suggestions made as to value of glass transition temperature Tg in the interval of 136–138 K. The results are in good agreement with those obtained by P. Jenniskens et al. ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур Динамика кристаллической решетки Термостимулированные превращения в криовакуумных льдах воды Thermostimulated transitions in cryodeposited water ices Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Термостимулированные превращения в криовакуумных льдах воды |
| spellingShingle |
Термостимулированные превращения в криовакуумных льдах воды Дробышев, А. Алдияров, А. Жумагалиулы, Д. Курносов, В. Токмолдин, Н. Динамика кристаллической решетки |
| title_short |
Термостимулированные превращения в криовакуумных льдах воды |
| title_full |
Термостимулированные превращения в криовакуумных льдах воды |
| title_fullStr |
Термостимулированные превращения в криовакуумных льдах воды |
| title_full_unstemmed |
Термостимулированные превращения в криовакуумных льдах воды |
| title_sort |
термостимулированные превращения в криовакуумных льдах воды |
| author |
Дробышев, А. Алдияров, А. Жумагалиулы, Д. Курносов, В. Токмолдин, Н. |
| author_facet |
Дробышев, А. Алдияров, А. Жумагалиулы, Д. Курносов, В. Токмолдин, Н. |
| topic |
Динамика кристаллической решетки |
| topic_facet |
Динамика кристаллической решетки |
| publishDate |
2007 |
| language |
Russian |
| container_title |
Физика низких температур |
| publisher |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Thermostimulated transitions in cryodeposited water ices |
| description |
До настоящего времени нет единого мнения относительно механизма и природы структурных трансформаций в криовакуумных льдах воды. Различаются интерпретации поведения
криоосадков в отношении предполагаемого стеклоперехода как в последовательности превращений, так и значениях температуры стеклоперехода Tg. Приведены результаты экспериментального исследования термостимулированных полиаморфных и полиморфных превращений в криовакуумных конденсированных пленках льдов воды, образованных при температуре
подложки 16 К. Исследования проведены на модифицированном криовакуумном ИК спектрофотометре в интервале частот 4200–400 см⁻¹, использован разрабатываемый авторами метод
наблюдения трансформаций пленок криоосадков на фиксированной частоте ИК спектрометра.
Получены данные, уточняющие температурные интервалы существования и превращений разновидностей аморфной твердой воды: высокой и низкой плотности, а также «сдерживающих»
аморфных фаз и их переходов в кристаллическое (кубическое и гексагональное) состояние.
Сделан вывод, что температура стеклоперехода Tg находится в температурном интервале
136–138 К. Эти результаты хорошо согласуются с результатами, полученными P. Jenniskens с
сотрудниками.
До теперішнього часу немає єдиної думки щодо механізму та природи структурних трансформацій у кріовакуумних льодах води. Розрізняються інтерпретації поводження кріоосадків
у відношенні склопереходу, який передбачено, як у послідовності перетворень, так і значеннях
температури склопереходу Tg . Наведено результати експериментального дослідження термостимульованих поліаморфних та поліморфних перетворень у кріовакуумних конденсованих
плівках льодів води, які утворені при температурі підкладки 16 К. Дослідження проведено на
модифікованому кріовакуумному ІЧ спектрофотометрі в інтервалі частот 4200– 400 см⁻¹
, використано метод спостереження трансформацій плівок кріоосадків, який розроблюється авторами на фіксованій частоті ІЧ спектрометра. Отримано дані, що уточнюють температурні інтервали існування та перетворень різновидів аморфної твердої води: високої і низької густини, а
також «стримуючих» аморфних фаз та їхніх переходів у кристалічний (кубічний і гексагональний) стан. Зроблено висновок, що температура склопереходу Tg знаходиться у температурному інтервалі 136–138 К. Ці результати добре узгоджуються з результатами, які одержані
P. Jenniskens зі співробітниками.
The question of the nature and mechanism of
structural transformations in cryovacuum water
ices is still disputable. There are different interpretations
of cryoprecipitate behaviour in the
range of glass transition concerning both the sequence
of transformations and the value of glass
transition temperature Tg. The paper presents
the experimental data on thermally stimulated
polyamorphic and polymorph transitions in cryovacuum
deposited water ice films formed at T =
= 16 K. The studies were conducted using a modified
cryovacuum spectrophotometer at frequencies
ranged 4200–400 cm⁻¹. The experiments
were based on indirect observation of transformations
in cryodeposited films at a fixed IR
spectrometer frequency, the method being developed
by the authors. The authors present the
data which accurately define the temperature
intervals of existence and transitions between
amorphous solid water, high density amorphous,
low density amorphous and restrained amorphous
states, as well as their transitions into
crystalline (cubic and hexagonal) state. Suggestions
made as to value of glass transition temperature
Tg in the interval of 136–138 K. The results
are in good agreement with those obtained
by P. Jenniskens et al.
|
| issn |
0132-6414 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/127804 |
| citation_txt |
Термостимулированные превращения в криовакуумных льдах воды / А. Дробышев, А. Алдияров, Д. Жумагалиулы, В. Курносов, Н. Токмолдин // Физика низких температур. — 2007. — Т. 33, № 4. — С. 479-487. — Бібліогр.: 28 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT drobyševa termostimulirovannyeprevraŝeniâvkriovakuumnyhlʹdahvody AT aldiârova termostimulirovannyeprevraŝeniâvkriovakuumnyhlʹdahvody AT žumagaliulyd termostimulirovannyeprevraŝeniâvkriovakuumnyhlʹdahvody AT kurnosovv termostimulirovannyeprevraŝeniâvkriovakuumnyhlʹdahvody AT tokmoldinn termostimulirovannyeprevraŝeniâvkriovakuumnyhlʹdahvody AT drobyševa thermostimulatedtransitionsincryodepositedwaterices AT aldiârova thermostimulatedtransitionsincryodepositedwaterices AT žumagaliulyd thermostimulatedtransitionsincryodepositedwaterices AT kurnosovv thermostimulatedtransitionsincryodepositedwaterices AT tokmoldinn thermostimulatedtransitionsincryodepositedwaterices |
| first_indexed |
2025-11-25T23:28:37Z |
| last_indexed |
2025-11-25T23:28:37Z |
| _version_ |
1850581210306183168 |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 4, ñ. 479–487
Òåðìîñòèìóëèðîâàííûå ïðåâðàùåíèÿ
â êðèîâàêóóìíûõ ëüäàõ âîäû
À. Äðîáûøåâ, À. Àëäèÿðîâ, Ä. Æóìàãàëèóëû, Â. Êóðíîñîâ, Í. Òîêìîëäèí
Êàçàõñêèé íàöèîíàëüíûé óíèâåðñèòåò èì. àëü-Ôàðàáè
Òîëå áè, 96, ã. Àëìàòû, 480012, Êàçàõñòàí
E-mail:drobyshev@kazsu.kz
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 5 èþíÿ 2006 ã., ïîñëå ïåðåðàáîòêè 11 àâãóñòà 2006 ã.
Äî íàñòîÿùåãî âðåìåíè íåò åäèíîãî ìíåíèÿ îòíîñèòåëüíî ìåõàíèçìà è ïðèðîäû ñòðóêòóð-
íûõ òðàíñôîðìàöèé â êðèîâàêóóìíûõ ëüäàõ âîäû. Ðàçëè÷àþòñÿ èíòåðïðåòàöèè ïîâåäåíèÿ
êðèîîñàäêîâ â îòíîøåíèè ïðåäïîëàãàåìîãî ñòåêëîïåðåõîäà êàê â ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ïðåâðà-
ùåíèé, òàê è çíà÷åíèÿõ òåìïåðàòóðû ñòåêëîïåðåõîäà Tg. Ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû ýêñïåðè-
ìåíòàëüíîãî èññëåäîâàíèÿ òåðìîñòèìóëèðîâàííûõ ïîëèàìîðôíûõ è ïîëèìîðôíûõ ïðåâðàùå-
íèé â êðèîâàêóóìíûõ êîíäåíñèðîâàííûõ ïëåíêàõ ëüäîâ âîäû, îáðàçîâàííûõ ïðè òåìïåðàòóðå
ïîäëîæêè 16 Ê. Èññëåäîâàíèÿ ïðîâåäåíû íà ìîäèôèöèðîâàííîì êðèîâàêóóìíîì ÈÊ ñïåêòðî-
ôîòîìåòðå â èíòåðâàëå ÷àñòîò 4200–400 ñì–1, èñïîëüçîâàí ðàçðàáàòûâàåìûé àâòîðàìè ìåòîä
íàáëþäåíèÿ òðàíñôîðìàöèé ïëåíîê êðèîîñàäêîâ íà ôèêñèðîâàííîé ÷àñòîòå ÈÊ ñïåêòðîìåòðà.
Ïîëó÷åíû äàííûå, óòî÷íÿþùèå òåìïåðàòóðíûå èíòåðâàëû ñóùåñòâîâàíèÿ è ïðåâðàùåíèé ðàç-
íîâèäíîñòåé àìîðôíîé òâåðäîé âîäû: âûñîêîé è íèçêîé ïëîòíîñòè, à òàêæå «ñäåðæèâàþùèõ»
àìîðôíûõ ôàç è èõ ïåðåõîäîâ â êðèñòàëëè÷åñêîå (êóáè÷åñêîå è ãåêñàãîíàëüíîå) ñîñòîÿíèå.
Ñäåëàí âûâîä, ÷òî òåìïåðàòóðà ñòåêëîïåðåõîäà Tg íàõîäèòñÿ â òåìïåðàòóðíîì èíòåðâàëå
136–138 Ê. Ýòè ðåçóëüòàòû õîðîøî ñîãëàñóþòñÿ ñ ðåçóëüòàòàìè, ïîëó÷åííûìè P. Jenniskens ñ
ñîòðóäíèêàìè.
Äî òåïåð³øíüîãî ÷àñó íåìຠºäèíî¿ äóìêè ùîäî ìåõàí³çìó òà ïðèðîäè ñòðóêòóðíèõ òðàíñ-
ôîðìàö³é ó êð³îâàêóóìíèõ ëüîäàõ âîäè. Ðîçð³çíÿþòüñÿ ³íòåðïðåòàö³¿ ïîâîäæåííÿ êð³îîñàäê³â
ó â³äíîøåíí³ ñêëîïåðåõîäó, ÿêèé ïåðåäáà÷åíî, ÿê ó ïîñë³äîâíîñò³ ïåðåòâîðåíü, òàê ³ çíà÷åííÿõ
òåìïåðàòóðè ñêëîïåðåõîäó Tg . Íàâåäåíî ðåçóëüòàòè åêñïåðèìåíòàëüíîãî äîñë³äæåííÿ òåðìî-
ñòèìóëüîâàíèõ ïîë³àìîðôíèõ òà ïîë³ìîðôíèõ ïåðåòâîðåíü ó êð³îâàêóóìíèõ êîíäåíñîâàíèõ
ïë³âêàõ ëüîä³â âîäè, ÿê³ óòâîðåí³ ïðè òåìïåðàòóð³ ï³äêëàäêè 16 Ê. Äîñë³äæåííÿ ïðîâåäåíî íà
ìîäèô³êîâàíîìó êð³îâàêóóìíîìó ²× ñïåêòðîôîòîìåòð³ â ³íòåðâàë³ ÷àñòîò 4200– 400 ñì–1, âèêî-
ðèñòàíî ìåòîä ñïîñòåðåæåííÿ òðàíñôîðìàö³é ïë³âîê êð³îîñàäê³â, ÿêèé ðîçðîáëþºòüñÿ àâòîðà-
ìè íà ô³êñîâàí³é ÷àñòîò³ ²× ñïåêòðîìåòðà. Îòðèìàíî äàí³, ùî óòî÷íþþòü òåìïåðàòóðí³ ³íòåð-
âàëè ³ñíóâàííÿ òà ïåðåòâîðåíü ð³çíîâèä³â àìîðôíî¿ òâåðäî¿ âîäè: âèñîêî¿ ³ íèçüêî¿ ãóñòèíè, à
òàêîæ «ñòðèìóþ÷èõ» àìîðôíèõ ôàç òà ¿õí³õ ïåðåõîä³â ó êðèñòàë³÷íèé (êóá³÷íèé ³ ãåêñàãîíàëü-
íèé) ñòàí. Çðîáëåíî âèñíîâîê, ùî òåìïåðàòóðà ñêëîïåðåõîäó Tg çíàõîäèòüñÿ ó òåìïåðàòóðíî-
ìó ³íòåðâàë³ 136–138 Ê. Ö³ ðåçóëüòàòè äîáðå óçãîäæóþòüñÿ ç ðåçóëüòàòàìè, ÿê³ îäåðæàí³
P. Jenniskens ç³ ñï³âðîá³òíèêàìè.
ÐACS: 78.30.–j Èíôðàêðàñíûå è ðàìàíîâñêèå ñïåêòðû;
61.50.–f Êðèñòàëëè÷åñêîå ñîñòîÿíèå;
78.30.Hv Äðóãèå íåìåòàëëè÷åñêèå íåîðãàíè÷åñêèå ìàòåðèàëû.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: êðèîâàêóóìíûå ïëåíêè ëüäîâ âîäû, ïîëèàìîðôíûå è ïîëèìîðôíûå ïðåâðàùåíèÿ.
1. Ââåäåíèå
Îñíîâíîé îñîáåííîñòüþ êðèîêîíäåíñèðîâàííîãî
ñîñòîÿíèÿ âîäû ÿâëÿåòñÿ íåîáû÷íî âûñîêàÿ äëÿ îä-
íîêîìïîíåíòíûõ ñèñòåì ñòåïåíü ïîëèìîðôèçìà è
ïîëèàìîðôèçìà [1–7]. Â ñîîòâåòñòâèè ñ ïðåîáëà-
äàþùèìè â íàñòîÿùåå âðåìÿ ïðåäñòàâëåíèÿìè òåì-
ïåðàòóðíûé èíòåðâàë ñóùåñòâîâàíèÿ êðèîâàêóóì-
© À. Äðîáûøåâ, À. Àëäèÿðîâ, Ä. Æóìàãàëèóëû, Â. Êóðíîñîâ, Í. Òîêìîëäèí, 2007
íûõ êîíäåíñàòîâ âîäû (îò ñâåðõíèçêèõ òåìïåðàòóð
ïðàêòè÷åñêè äî òðîéíîé òî÷êè) âêëþ÷àåò â ñåáÿ, ïî
êðàéíåé ìåðå, òðè ìîäèôèêàöèè àìîðôíîãî ñîñòîÿ-
íèÿ ëüäîâ [2,8,9] è òðè ðàçíîâèäíîñòè êðèñòàëëè÷å-
ñêîãî ñîñòîÿíèÿ [10–12].
Êëàññè÷åñêîå ïðåäñòàâëåíèå îá îáðàçîâàíèè ïðè
òåìïåðàòóðàõ êîíäåíñàöèè íèæå 80 Ê àìîðôíîãî
êîíäåíñèðîâàííîãî ñîñòîÿíèÿ âîäû [13] çà ïîñëåä-
íèå 20–25 ëåò ñóùåñòâåííûì îáðàçîì òðàíñôîð-
ìèðîâàëîñü, âåðíåå, íåîäíîêðàòíî óòî÷íÿëîñü è
äîïîëíÿëîñü íîâûìè ñâåäåíèÿìè. Â ðåçóëüòàòå â íà-
ñòîÿùåå âðåìÿ ñîâîêóïíîñòü ìíîãî÷èñëåííûõ ýêñïå-
ðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé òàê îïðåäåëÿåò è îáî-
çíà÷àåò òåìïåðàòóðíûå èíòåðâàëû ñóùåñòâîâàíèÿ
ðàçëè÷íûõ ôàç êðèîêîíäåíñèðîâàííîãî ëüäà.
Àìîðôíàÿ òâåðäàÿ âîäà (ASW) îáðàçóåòñÿ ïðè
êðèîâàêóóìíîé êîíäåíñàöèè íà ïîäëîæêó, òåìïåðà-
òóðà êîòîðîé íèæå 130 Ê.  ñâîþ î÷åðåäü, ýòî ñî-
ñòîÿíèå ïîäðàçäåëÿåòñÿ íà äâà òèïà, ðàçëè÷àþùèå-
ñÿ ñòåïåíüþ ëîêàëüíîãî óïîðÿäî÷åíèÿ è çíà÷åíèåì
ïëîòíîñòåé [8,14].  ÷àñòíîñòè, ïðè òåìïåðàòóðàõ
êîíäåíñàöèè íèæå 20 Ê îáðàçóåòñÿ, òàê íàçûâàåìîå,
Iah-ñîñòîÿíèå (high-density amorphous) ñ ïëîòíî-
ñòüþ � = 1,07 ã/ñì3. Âèäèìî, âïåðâûå òàêîå ïðåäïî-
ëîæåíèå áûëî ñäåëàíî A.H. Narten [15] äëÿ ýïèòàê-
ñèàëüíûõ ñëîåâ ñ òåìïåðàòóðîé êîíäåíñàöèè íèæå
10 Ê. Ïîçæå áûëî ïîêàçàíî [5], ÷òî Iah îáðàçóåòñÿ
íà ïîäëîæêå ïðè òåìïåðàòóðå 15 Ê è ñóùåñòâóåò
âïëîòü äî T = 38 Ê. Äàëüíåéøåå ïîâûøåíèå òåì-
ïåðàòóðû äî 70 Ê ïðèâîäèò ê ïîñòåïåííîìó ïåðå-
õîäó ëüäà âûñîêîé ïëîòíîñòè â òàê íàçûâàåìûé
Ial-àìîðôíûé ëåä íèçêîé ïëîòíîñòè ñî çíà÷åíèåì
� = 0,94 ã/ñì3. Ñîâðåìåííàÿ èíòåðïðåòàöèÿ òðàêòó-
åò åãî êàê ôàçîâûé ïåðåõîä ïåðâîãî ðîäà, îáðàòè-
ìîñòü êîòîðîãî ðåàëèçóåòñÿ ÷åðåç àìîðôíûå ëüäû
âûñîêîãî äàâëåíèÿ, ïðàâäà, ñ íåêîòîðûì ãèñòåðå-
çèñîì ïî ïëîòíîñòè [16]. Ñïðàâåäëèâîñòü òàêîé èí-
òåðïðåòàöèè, íàäî ñêàçàòü, äî íàñòîÿùåãî âðåìåíè
îñòàåòñÿ ïîä ñîìíåíèåì, ÷òî äåëàåò ýòîò ïåðåõîä
îáúåêòîì ïðèñòàëüíîãî âíèìàíèÿ.
Äàëüíåéøåå ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû ïðèâîäèò
ê íà÷àëó íåñêîëüêèõ ïðîöåññîâ, ïðîòåêàþùèõ îä-
íîâðåìåííî è çà÷àñòóþ ìàñêèðóþùèõ äðóã äðóãà.
 ÷àñòíîñòè, èíòåðâàë òåìïåðàòóð 130–150 Ê ñî-
äåðæèò òåìïåðàòóðó ñòåêëîïåðåõîäà Tg � 138 Ê,
ò.å. òâåðäîå ñòåêëîîáðàçíîå ñîñòîÿíèå ïðåòåðïåâàåò
ýíäîòåðìè÷åñêîå ïðåâðàùåíèå â âÿçêóþ æèäêîñòü
[2,16] (ïî äðóãèì äàííûì ýòîò ïåðåõîä îñóùåñòâëÿ-
åòñÿ ïðè T = 165 Ê [17]). Èíòåðåñíîé îñîáåííîñòüþ
òàêîãî ïåðåõîäà ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî îí ñàì ïî ñåáå îá-
ðàòèìûé, â òî âðåìÿ êàê ïðåâðàùåíèÿ, ñòèìóëèðóå-
ìûå èì, òàêîâûìè íå ÿâëÿþòñÿ [1,2].
Êðîìå òîãî, â ýòîì èíòåðâàëå òåìïåðàòóð íà÷èíà-
åòñÿ ïåðåõîä Ial-ñîñòîÿíèÿ ê êóáè÷åñêîìó ëüäó Ic.
Ïðè ýòîì ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî çíà÷èòåëüíàÿ ÷àñòü
ìîëåêóë âîäû íå ó÷àñòâóåò â ýòîì ïåðåõîäå, à îáðà-
çóåò òðåòüå àìîðôíîå ñîñòîÿíèå ëüäîâ âîäû, òàê íà-
çûâàåìóþ «restrained» (ñäåðæèâàþùóþ) ôîðìó Iar
[5,6], êîòîðîå çàòîðìàæèâàåò ïðîöåññ êðèñòàëëèçà-
öèè â êóáè÷åñêóþ ôàçó.  ðåçóëüòàòå âîçíèêàåò
ñîñòîÿíèå, ïðè êîòîðîì ìåëêèå êóáè÷åñêèå êðèñòàë-
ëèòû íàõîäÿòñÿ â ìàòðèöå àìîðôíîãî Iar-ëüäà. Òà-
êèì îáðàçîì, äàëüíåéøåå îáðàçîâàíèå êóáè÷åñêîãî
ëüäà îñóùåñòâëÿåòñÿ èç ìàòðèöû Iar è âî ìíîãîì îï-
ðåäåëÿåòñÿ âðåìåíåì è òåìïåðàòóðîé, èíûìè ñëîâà-
ìè, âÿçêîñòüþ àìîðôíîé êîìïîíåíòû â îáëàñòè ñó-
ùåñòâîâàíèÿ êóáè÷åñêîãî ëüäà [7].
Îñòàåòñÿ îòêðûòûì âîïðîñ è î òîì, ÷òî ïðåäñòàâ-
ëÿåò ñîáîé ýòà àìîðôíàÿ ôàçà ñ ïîçèöèé áëèæíåãî
ïîðÿäêà ñèììåòðèè. Ñóùåñòâóåò òî÷êà çðåíèÿ [5],
îñíîâàííàÿ íà ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèÿõ,
÷òî Iar-«ôàçà» ñîñòîèò èç ñìåñè äåôåêòîâ ðàçìåðîì
ìåíåå 0,005 ìêì, âíóòðåííÿÿ ñòðóêòóðà êîòîðûõ
èìååò êóáè÷åñêèé è ãåêñàãîíàëüíûé òèï ñèììåòðèè.
Âîçíèêàþùèé ïðè îáðàçîâàíèè Ih-äåôåêòîâ ýíåðãå-
òè÷åñêèé áàðüåð ïðåïÿòñòâóåò ïåðåõîäó Iar-ôàçû â
êóáè÷åñêèé ëåä äî òåõ ïîð, ïîêà ïîëíîñòüþ íå çà-
âåðøèòñÿ ïåðåõîä Iar � Ih. Îäíàêî ýòà ìîäåëü íå
îáúÿñíÿåò, êàê Iar ïåðåõîäèò â ãèïîòåòè÷åñêóþ
«Water À» [18–20], êàêîâà ïðèðîäà çàâèñèìîñòè
êèíåòèêè òðàíñôîðìàöèé îò ñêîðîñòè è âðåìåíè
îòîãðåâà [21] è ò.ä.
Òàêæå äî ñèõ ïîð ïðîäîëæàåòñÿ äèñêóññèÿ î ïå-
ðåõîäå â ñîñòîÿíèå ñâåðõâÿçêîé æèäêîñòè ðàçëè÷-
íûõ àìîðôíûõ «ôàç» ëüäîâ âîäû [16]. Äåëî â òîì,
÷òî ASW, îñàæäåííûå èç ãàçîâîé ôàçû, è àìîðô-
íûå ëüäû, îáðàçîâàííûå â õîäå ñæàòèÿ ãåêñàãîíàëü-
íîãî ëüäà, èìåþò ðàçëè÷íûå òåìïåðàòóðû ñòåêëîïå-
ðåõîäîâ. Äëÿ ASW Tg � 136 Ê [18], à àìîðôíûé ëåä
íèçêîé ïëîòíîñòè è âûñîêîãî äàâëåíèÿ Ial, îáðà-
çîâàííûé â õîäå íàãðåâà Iah, èìååò òåìïåðàòóðó
ñòåêëîïåðåõîäà Tg � 129 Ê [2]. Ñëåäîâàòåëüíî,
ïðåäïîëàãàåìîå æèäêîå ñîñòîÿíèå, îáðàçîâàííîå èç
àìîðôíîãî ëüäà âûñîêîãî äàâëåíèÿ Ial, áóäåò èíûì,
íåæåëè æèäêîå ñîñòîÿíèå, îáðàçîâàííîå â õîäå ïå-
ðåõîäà èç ASW. Áîëåå òîãî, ñóùåñòâóåò òî÷êà çðå-
íèÿ, ÷òî âîîáùå «èñòèííàÿ» òåìïåðàòóðà ïåðåõîäà
èç ñòåêëîîáðàçíîãî ñîñòîÿíèÿ â óëüòðàâÿçêóþ æèä-
êîñòü ëåæèò â ðàéîíå 165 Ê [17].
Ïðèâåäåííîå âûøå êðàòêîå îïèñàíèå ñîñòîÿíèÿ
âîïðîñà îáúÿñíÿåò íàøå íàìåðåíèå áîëåå ïîäðîáíî
èññëåäîâàòü òåðìîñòèìóëèðîâàííûå ïðåâðàùåíèÿ â
êðèîâàêóóìíûõ êîíäåíñàòàõ âîäû. Ñòàâèòñÿ çàäà÷à
áîëåå òî÷íîãî îïðåäåëåíèÿ òåìïåðàòóð òðàíñôîðìà-
öèé îáðàçöîâ ðàçëè÷íîé òîëùèíû, êîíäåíñèðîâàí-
íûõ ïðè ðàçíûõ óñëîâèÿõ êðèîîñàæäåíèÿ.
480 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 4
À. Äðîáûøåâ, À. Àëäèÿðîâ, Ä. Æóìàãàëèóëû, Â. Êóðíîñîâ, Í. Òîêìîëäèí
2. Ýêñïåðèìåíò è ìåòîäèêà
Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ óñòàíîâêà è ìåòîäèêà èçìå-
ðåíèé ïîäðîáíî îïèñàíà â [22], òàê ÷òî â íàñòîÿùåé
ñòàòüå ìû îñòàíîâèìñÿ íà èçëîæåíèè îñíîâíûõ
ïðèíöèïîâ è îñîáåííîñòåé ïðè ïðîâåäåíèè ýêñïåðè-
ìåíòîâ.  öèëèíäðè÷åñêîé âàêóóìíîé êàìåðå (d =
= 500 ìì, h = 400 ìì) ðàñïîëîæåíà ìèêðîêðèîãåí-
íàÿ ìàøèíà, íà âåðõíåì ôëàíöå êîòîðîé çàêðåïëåíà
ìåòàëëè÷åñêàÿ çåðêàëüíàÿ ïîäëîæêà (ïîëèðîâàí-
íàÿ ìåäü ñ ñåðåáðÿíûì íàïûëåíèåì) äèàìåòðîì
40 ìì. Èíòåðâàë ðàáî÷èõ òåìïåðàòóð ïîäëîæêè ñî-
ñòàâëÿåò 12–200 Ê. Ïðåäåëüíûé âàêóóì â êàìåðå ðà-
âåí 10–8 òîðð. Èçëó÷åíèå ãëîáàðà ïîñòóïàåò â êàìå-
ðó è âûâîäèòñÿ ÷åðåç KBr-îêíà. Óñòàíîâêà èìååò
äâóõëó÷åâîé ëàçåðíûé èíòåðôåðîìåòð, ÷òî ïîçâî-
ëÿåò íåïîñðåäñòâåííî â ïðîöåññå êîíäåíñàöèè îïðå-
äåëÿòü ñêîðîñòü ðîñòà, òîëùèíó è êîýôôèöèåíò
ïðåëîìëåíèÿ îáðàçóþùèõñÿ íà ïîäëîæêå ïëåíîê.
Íàïóñê ãàçà îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ íàòåêàòå-
ëåé, ðåãóëèðóþùèõ äàâëåíèå êîíäåíñàöèè îò 10–7
äî 5·10–4 òîðð. Â äîïîëíåíèå ê îïèñàííîé â [22] óñ-
òàíîâêå ïîäëîæêà ñ ïîìîùüþ ìàãíèòíîãî ïðèâîäà
ìîæåò ïåðåêðûâàòüñÿ çàùèòíîé ïëàñòèíîé èç KBr.
Ðàññòîÿíèå ìåæäó ïîäëîæêîé è ïëàñòèíîé ñîñòàâ-
ëÿåò 5 ìì. Ïðîñòðàíñòâî, îãðàíè÷åííîå çàùèòíûì
êîæóõîì, îñíîâàíèåì âàêóóìíîé êàìåðû è çàùèò-
íîé ïëàñòèíîé, ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ìèíèâàêóóìíóþ
êàìåðó â âàêóóìíîé êàìåðå óñòàíîâêè. Ýòî ïîçâîëÿ-
åò èçîëèðîâàòü ïîäëîæêó îò îñíîâíîé ÷àñòè âàêóóì-
íîé êàìåðû è ïðåïÿòñòâîâàòü êîíäåíñàöèè îñòàòî÷-
íûõ ãàçîâ âî âðåìÿ äëèòåëüíûõ ýêñïåðèìåíòîâ.
Êðîìå òîãî, íà íèçêîòåìïåðàòóðíîì ôëàíöå ìèê-
ðîêðèîãåííîé ñèñòåìû êðåïÿòñÿ òîíêèå ìåäíûå
ïëàñòèíû, âûïîëíÿþùèå ôóíêöèè êðèîêîíäåíñàöè-
îííîãî íàñîñà. Îòâåðñòèÿ äëÿ îòêà÷êè êîíäåíñàöè-
îííûì íàñîñîì â çàùèòíîì êîæóõå ìîãóò ïåðåêðû-
âàòüñÿ ñ ïîìîùüþ ìàãíèòîïðèâîäà. Ýòî ïîçâîëèëî
íà ïîðÿäîê ïîíèçèòü îñòàòî÷íîå äàâëåíèå â âàêóóì-
íîé êàìåðå, à òàêæå îáåñïå÷èòü óëüòðàâûñîêèé âà-
êóóì íàä ïîäëîæêîé â ïîëîæåíèè, êîãäà çàùèòíàÿ
ïëàñòèíà ïåðåêðûâàåò ïîäëîæêó.
Îñîáåííîñòü ìåòîäèêè èçìåðåíèé çàêëþ÷àëàñü â
ñëåäóþùåì. Ïîñëå îòêà÷êè âàêóóìíîé êàìåðû ñ ïî-
ìîùüþ öåîëèòîâûõ è ìàãíèòîðàçðÿäíûõ íàñîñîâ äî
äàâëåíèÿ ïîðÿäêà 10–7 òîðð çàùèòíîé îïòè÷åñêîé
ïëàñòèíîé èç KBr ïîäëîæêà îòäåëÿåòñÿ îò îñíîâíîé
âàêóóìíîé êàìåðû. Äàëåå âêëþ÷àåòñÿ ìèêðîêðèî-
ãåííàÿ ñèñòåìà, è íà ïîäëîæêå óñòàíàâëèâàåòñÿ ðà-
áî÷àÿ òåìïåðàòóðà (â íàñòîÿùèõ èññëåäîâàíèÿõ,
êàê ïðàâèëî, îêîëî 12–16 Ê). Îäíîâðåìåííî â ðå-
çóëüòàòå îõëàæäåíèÿ ïàíåëåé êðèîíàñîñà äàâëåíèå
â êàìåðå óìåíüøàåòñÿ äî 10–8 òîðð. Çàòåì îòêà÷êó,
âêëþ÷àÿ êðèîíàñîñ, ïåðåêðûâàëè, ñ ïîìîùüþ ñèñòå-
ìû íàòåêàíèÿ â êàìåðó íàïóñêàëè ïàðû âîäû. Óñòà-
íàâëèâàëîñü äàâëåíèå, ñîîòâåòñòâóþùåå òîé èëè
èíîé ñêîðîñòè ðîñòà îáðàçöîâ. Ñ ïîìîùüþ ìàãíèòî-
ïðèâîäà óáèðàëè çàùèòíóþ ïëàñòèíó è ëàçåðíûì
èíòåðôåðîìåòðîì ðåãèñòðèðîâàëè ïðîöåññ ðîñòà
îáðàçöà. Ïîñëå îáðàçîâàíèÿ íà ïîäëîæêå ïëåíêè
òîëùèíîé îò 0,05 äî 15 ìêì íàòåêàíèå â êàìåðó
ïåðåêðûâàëè, âàêóóìíóþ êàìåðó îòêà÷èâàëè äî
ïðåäåëüíî âîçìîæíîãî âàêóóìà (10–8 òîðð) è èçìå-
ðÿëè ÈÊ ñïåêòð îòêðûòîãî îáðàçöà â èíòåðâàëå
4200–400 ñì–1. Ïîñëå ýòîãî ïîäëîæêó ïåðåêðûâàëè
çàùèòíîé ïëàñòèíîé è âíîâü ïðîâîäèëè èçìåðåíèÿ
ÈÊ ñïåêòðà, êîòîðûå ìîãëè ïîâòîðÿòüñÿ â çíà÷è-
òåëüíîì èíòåðâàëå âðåìåíè ñ äîñòàòî÷íîé ñòåïåíüþ
óâåðåííîñòè, ÷òî èçìåíåíèÿ íå áóäóò ñâÿçàíû ñ ïà-
ðàçèòíûìè ïðîöåññàìè êîíäåíñàöèè èç îñòàòî÷íûõ
ãàçîâ.
Ïîòîì íà ÈÊ ñïåêòðîìåòðå óñòàíàâëèâàëè çíà-
÷åíèå ÷àñòîòû â äèàïàçîíå âàëåíòíûõ èëè ëèáðà-
öèîííûõ êîëåáàíèé ìîëåêóëû âîäû. Ïîñëå ýòîãî
íà÷èíàëè îòîãðåâ ïîäëîæêè ñ îäíîâðåìåííûì èçìå-
ðåíèåì åå òåìïåðàòóðû è ñèãíàëà ñïåêòðîìåòðà íà
âûáðàííîé ÷àñòîòå. Òàêèì îáðàçîì ôîðìèðîâàëàñü
íåïðåðûâíàÿ áàçà äàííûõ î ïðåâðàùåíèÿõ â îáðàç-
öå â õîäå èçìåíåíèÿ òåìïåðàòóðû. Õàðàêòåðíîå âðå-
ìÿ îòîãðåâà ñîñòàâëÿëî îêîëî 6 ÷àñîâ.
Ðàíåå òàêîé ìåòîä ìû íåîäíîêðàòíî èñïîëüçî-
âàëè. Ñ åãî ïîìîùüþ èññëåäîâàëè ïðåâðàùåíèÿ â
ïëåíêàõ êðèîêîíäåíñàòîâ âîäû [23], à òàêæå îáíà-
ðóæèëè ïåðåõîä îò àìîðôíîãî ê êðèñòàëëè÷åñêîìó
ñîñòîÿíèþ â êðèîêîíäåíñàòàõ N2O [24]. Ïîçäíåå
ýòîò ôàêò áûë ïîäòâåðæäåí ýëåêòðîíîãðàôè÷åñêè-
ìè èññëåäîâàíèÿìè [25].
3. Ðåçóëüòàòû
Äî íàñòîÿùåãî âðåìåíè îáñóæäàåòñÿ ïðèíöèïè-
àëüíûé âîïðîñ, ïðîõîäèò ëè àìîðôíàÿ (ñòåêëîîáðàç-
íàÿ) âîäà ñîñòîÿíèå ìåòàñòàáèëüíîé ñâåðõïåðåîõëà-
æäåííîé æèäêîñòè ïðåæäå, ÷åì îíà êðèñòàëëèçóåòñÿ
â îäíó èç ñâîèõ êðèñòàëëè÷åñêèõ ôàç — êóáè÷åñêèé
èëè ãåêñàãîíàëüíûé ëåä. Åñëè ýòî òàê, òî ïðîöåññ
ïîëèàìîðôíûõ è ïîëèìîðôíûõ ïðåâðàùåíèé äîë-
æåí çàâèñåòü íå òîëüêî îò òåìïåðàòóðû è âðåìåíè,
íî è îò ðÿäà, êàçàëîñü áû, íåçíà÷èòåëüíûõ ôàêòî-
ðîâ, êîòîðûå, ïî êðàéíåé ìåðå, íà ñòàäèè êðèîîñàæ-
äåíèÿ ìîãóò îêàçàòü ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå íà äàëü-
íåéøåå ïîâåäåíèå îáðàçöîâ ïðè îòîãðåâå. Â ñâÿçè ñ
ýòèì íàìè áûë ïðîâåäåí öèêë èññëåäîâàíèé îáðàç-
öîâ ñ îäíîé è òîé æå òåìïåðàòóðîé êîíäåíñàöèè,
òîëùèíîé è áëèçêèìè çíà÷åíèÿìè ñêîðîñòè ðîñòà è
îòîãðåâà. Íèæå ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû ýòèõ èññëå-
äîâàíèé, â õîäå êîòîðûõ óêàçàííûå ïàðàìåòðû ïîä-
äåðæèâàëèñü ïðè ñëåäóþùèõ çíà÷åíèÿõ: ÷àñòîòà íà-
áëþäåíèÿ � = 3015 ñì–1; òåìïåðàòóðà êîíäåíñàöèè
Òåðìîñòèìóëèðîâàííûå ïðåâðàùåíèÿ â êðèîâàêóóìíûõ ëüäàõ âîäû
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 4 481
Tc = 16 Ê; òîëùèíà ïëåíêè d = 0,75 ìêì; ñêîðîñòü
êîíäåíñàöèè ïëåíêè vc � 0,003–0,05 ìêì/ñ; ñêî-
ðîñòü îòîãðåâà îáðàçöîâ ñîñòàâëÿëà vann � 0,03 Ê/ñ
â èíòåðâàëå òåìïåðàòóð 16–60 Ê è vann � 0,01 Ê/ñ â
èíòåðâàëå òåìïåðàòóð îò 60 Ê è âûøå.
Êîìïîíîâêà ðåçóëüòàòîâ ïðîâåäåíà ñ ó÷åòîì òî-
ãî, ÷òî íà êàæäîì ãðàôèêå ïðåäñòàâëåíû äàííûå
îòîãðåâîâ, íàõîäÿùèõñÿ â îïðåäåëåííîì ñîãëàñîâà-
íèè ìåæäó ñîáîé.  êà÷åñòâå îñíîâíîãî êðèòåðèÿ
ñëóæèëà äèíàìèêà ñòåêëîïåðåõîäà â îêðåñòíîñòÿõ
òåìïåðàòóðû 140 Ê, à òàêæå îñîáåííîñòè êðèâîé
îòîãðåâà â èíòåðâàëå òåìïåðàòóð 140–180 Ê.
Äëÿ òîãî ÷òîáû áûëî ïîíÿòíî, ÷òî ïðîèñõîäèò ñ
êîëåáàòåëüíûìè ñïåêòðàìè èññëåäóåìûõ îáðàçöîâ â
õîäå îòîãðåâà, ïåðèîäè÷åñêè ïðîâîäèëè èçìåðåíèÿ
ÈÊ ñïåêòðîâ ïðè óñëîâèÿõ, áëèçêèõ ê òåì èëè èíûì
ðåæèìàì îòîãðåâà. Ýòî ïîçâîëÿëî îïðåäåëèòü ïðè-
÷èíó èçìåíåíèÿ ñèãíàëà ñïåêòðîìåòðà íà âûáðàííîé
÷àñòîòå, òàê êàê ýòî ìîãëî áûòü âûçâàíî: èçìåíåíè-
åì àìïëèòóäû ïîãëîùåíèÿ, ñìåùåíèåì ïîëîñû âà-
ëåíòíûõ êîëåáàíèé è èçìåíåíèåì åå øèðèíû. Íî
òàê èëè èíà÷å, ýòè èçìåíåíèÿ ÿâëÿëèñü ñëåäñòâèåì
ïðåâðàùåíèé â èññëåäóåìûõ îáðàçöàõ.
Íà ðèñ. 1 ïðèâåäåíû ÈÊ ñïåêòðû ïëåíîê êðèî-
âàêóóìíûõ êîíäåíñàòîâ âîäû òîëùèíîé 0,75 ìêì,
îáðàçîâàííûõ ïðè òåìïåðàòóðå ïîäëîæêè 16 Ê è
îòîãðåòûõ äî óêàçàííûõ íà ðèñóíêå òåìïåðàòóð.
Ñïëîøíàÿ âåðòèêàëüíàÿ ëèíèÿ îáîçíà÷àåò ÷àñòîòó
íàáëþäåíèÿ â õîäå îòîãðåâà. Ýòà ÷àñòîòà òàêæå èñ-
ïîëüçîâàëàñü â õîäå ïîñëåäóþùèõ ýêñïåðèìåíòîâ.
Åñëè ïðîñëåäèòü âäîëü ýòîé ëèíèè èçìåíåíèÿ ñèã-
íàëà èíòåðôåðîìåòðà, ñîïóòñòâóþùèå îòîãðåâó
ïëåíêè, òî ìîæíî ñäåëàòü âûâîä, ÷òî èçìåðåííûå
ñïåêòðû ñîîòâåòñòâóþò äàííûì, ïðèâåäåííûì íèæå
(ðèñ. 4, êðèâàÿ v = 0,02 ìêì/ñì).
Íà ðèñ. 2 ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé
÷åòûðåõ îáðàçöîâ, òîëùèíîé d = 0,75 ìêì, îáðàçî-
âàííûõ ïðè T = 16 Ê ñ óêàçàííûìè ñêîðîñòÿìè
êðèîîñàæäåíèÿ. Òðè çíà÷åíèÿ ñêîðîñòè ðîñòà ñîâïà-
äàþò â ïðåäåëàõ 5%, ÷åòâåðòûé îáðàçåö êîíäåíñèðî-
âàëñÿ â äâà ðàçà ìåäëåííåé, òåì íå ìåíåå îí îáúåäè-
íåí ñ íèìè ñõîæèì õàðàêòåðîì êðèâîé îòîãðåâà.
Ìîæíî óâåðåííî îòìåòèòü ðÿä òèïè÷íûõ îñîáåííî-
ñòåé â ïðèâåäåííûõ çàâèñèìîñòÿõ.
1. Íàëè÷èå â íèçêîòåìïåðàòóðíîé îáëàñòè èíòåð-
âàëà ìåæäó 16 è 30 Ê, êîòîðûé, ñîãëàñíî [5–7],
ìîæåò áûòü îòíåñåí ê àðåîëó ñóùåñòâîâàíèÿ âû-
ñîêîïëîòíûõ àìîðôíûõ ëüäîâ Iah, îáðàçîâàííûõ â
õîäå íèçêîòåìïåðàòóðíîé êîíäåíñàöèè èç ãàçîâîé
ôàçû.
2. Òåìïåðàòóðíûé èíòåðâàë îò T � 30–35 Ê äî
T � 65–70 Ê ìîíîòîííîãî èçìåíåíèÿ ñèãíàëà èíòåð-
ôåðîìåòðà íà óêàçàííîé ÷àñòîòå. Ýòîò äèàïàçîí
ìîæíî èíòåðïðåòèðîâàòü êàê ïîñòåïåííûé ïåðåõîä
îò Iah ê Ial.
3. Òåìïåðàòóðíûé èíòåðâàë 70–134 Ê — ñóùåñò-
âîâàíèå àìîðôíîãî ëüäà íèçêîé ïëîòíîñòè Ial
âïëîòü äî òåìïåðàòóðû ñòåêëîâàíèÿ.
4. Ðåçêèé ïåðåõîä â ïðåäåëàõ 3 ãðàäóñîâ îò 137
äî 140 Ê, êîòîðûé ìîæíî èíòåðïðåòèðîâàòü êàê
ïðåâðàùåíèå àìîðôíîãî ñòåêëîîáðàçíîãî ëüäà (èëè
÷àñòè åãî) â ìåòàñòàáèëüíóþ ñâåðõâÿçêóþ æèäêîñòü.
5. Èíòåðâàë 140–160 Ê. Âîçìîæíî, êâàçèñòà-
áèëüíîå ñîñóùåñòâîâàíèå Iar è äåôåêòîâ ñ Ic- è
Ih-âíóòðåííåé ñèììåòðèåé [5–7].
6. Ïëàâíîå èçìåíåíèå îò 160 äî 176 Ê, êîòîðîå,
ñîãëàñíî [5], ìîæåò ñîîòâåòñòâîâàòü êðèñòàëëèçà-
482 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 4
À. Äðîáûøåâ, À. Àëäèÿðîâ, Ä. Æóìàãàëèóëû, Â. Êóðíîñîâ, Í. Òîêìîëäèí
2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600
2
4
6
8
10
O
òð
à
æ
à
òå
ë
üí
à
ÿ
ñï
î
ñî
á
í
î
ñò
ü,
ó
ñë
. å
ä
.
�, ñì
–1
132 Ê
150 K
173 K
184 Ê
203 Ê
� = 3015 ñì
–1
16 Ê
Ðèñ. 1. ÈÊ ñïåêòðû ïëåíêè ëüäà âîäû, îáðàçîâàííîé èç
ãàçîâîé ôàçû ïðè òåìïåðàòóðå ïîäëîæêè T = 16 Ê è çà-
ðåãèñòðèðîâàííûå ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ â õîäå
îòîãðåâà. Òîëùèíà ïëåíêè d = 0,75 ìêì; ñêîðîñòü êîí-
äåíñàöèè vc = 0,02 ìêì/ñ; ñêîðîñòü îòîãðåâà vann � 0,03
Ê/ñ (16–60 Ê) è vann � 0,01 Ê/ñ ïðè T > 60 Ê.
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
3
4
5
6
7
8
9
Î
òð
à
æ
à
òå
ë
üí
à
ÿ
ñï
î
ñî
á
í
î
ñò
ü,
ó
ñë
. å
ä
.
Ò, Ê
Tg = 137 K
v = 0,021 ìêì/ñc
v =c 0,044 ìêì/ñ
v =c 0,048 ìêì/ñ
v =c 0,043 ìêì/ñ
Ðèñ. 2. Èçìåíåíèå ñèãíàëà ÈÊ ñïåêòðîìåòðà íà ÷àñòîòå
íàáëþäåíèÿ �obs = 3015 ñì–1 â õîäå îòîãðåâà òîíêèõ ïëå-
íîê ASW. Òîëùèíà îáðàçöîâ d = 0,75 ìêì, òåìïåðàòóðà
êîíäåíñàöèè 16 Ê, ñêîðîñòè êîíäåíñàöèè vc óêàçàíû íà
ðèñóíêå, âðåìÿ îòîãðåâà � = 6 ÷.
öèè íà Ih-äåôåêòàõ ãåêñàãîíàëüíîé ñîñòàâëÿþùåé
ìåòàñòàáèëüíîé ñìåñè (ïî ïðè÷èíå áîëåå íèçêîãî,
÷åì ó êóáè÷åñêèõ çàðîäûøåé, àêòèâàöèîííîãî áàðü-
åðà).
7. Òåìïåðàòóðíûé äèàïàçîí âûøå 176 Ê. Âèäè-
ìî, ïåðåõîä îñòàâøåéñÿ àìîðôíîé ñîñòàâëÿþùåé â
êóáè÷åñêèé ëåä ñ ïîñëåäóþùèì ïåðåõîäîì â ãåêñà-
ãîíàëüíóþ ñòðóêòóðó.
8. Âûøå òåìïåðàòóðû � 190 Ê. Ìîæíî ïðåäïîëî-
æèòü, ÷òî ýòî íà÷àëî èíòåíñèâíîãî ïðîöåññà ñóáëè-
ìàöèè, êîòîðûé ìîæåò ñêàçàòüñÿ íà òîëùèíå îáðàç-
öà. Õîòÿ ðåçóëüòàòû ñïåêòðàëüíûõ èçìåðåíèé (ðèñ.
1) ïîêàçûâàþò, ÷òî ïðè ýòèõ òåìïåðàòóðàõ íà ïîä-
ëîæêå åùå íàõîäèòñÿ ëåä. Êðîìå òîãî, íèæå ïðèâå-
äåííûå ðåçóëüòàòû ãîâîðÿò î áîëåå ñëîæíûõ ïðî-
öåññàõ, ïðîòåêàþùèõ â îáðàçöàõ â ýòîì èíòåðâàëå
òåìïåðàòóð.
Òàêèì îáðàçîì, äëÿ ðåçóëüòàòîâ èññëåäîâàíèÿ
òåðìîñòèìóëèðîâàííûõ èçìåíåíèé â ïëåíêå êðèîâà-
êóóìíûõ êîíäåíñàòîâ âîäû, ïðåäñòàâëåííûõ íà
ðèñ. 2, õàðàêòåðíî íàëè÷èå âûðàæåííûõ îáëàñòåé
ñóùåñòâîâàíèÿ ïîëèàìîðôíûõ ñîñòîÿíèé, âêëþ÷àÿ
èíòåðâàë òåìïåðàòóð âûøå ïåðåõîäà â âÿçêóþ æèä-
êîñòü.
Íà ðèñ. 3 ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû èçìåðåíèÿ ñèã-
íàëà ÈÊ ñïåêòðîìåòðà íà ÷àñòîòå íàáëþäåíèÿ � =
= 3015 ñì–1 â õîäå îòîãðåâà îáðàçöîâ. Ïëåíêè êîí-
äåíñèðîâàëèñü ïðè áëèçêèõ óñëîâèÿõ ýêñïåðè-
ìåíòîâ, ðåçóëüòàòû êîòîðûõ ïðèâåäåíû íà ðèñ. 2.
Âûáðàííûå äâå êðèâûå ÿâëÿþòñÿ íàèáîëåå õàðàê-
òåðíûìè äëÿ áîëüøîãî ýêñïåðèìåíòàëüíîãî ìàòå-
ðèàëà. Òîëùèíà îáðàçöîâ ñîñòàâëÿëà 0,75 ìêì, ñêî-
ðîñòü êîíäåíñàöèè ïðàêòè÷åñêè íå îòëè÷àëàñü îò
ïðèâåäåííûõ íà ðèñ. 2 äàííûõ. Òåì íå ìåíåå îáðàç-
öû, îñàæäåííûå ïðàêòè÷åñêè ïðè îäíèõ è òåõ æå
ýêñïåðèìåíòàëüíûõ óñëîâèÿõ, ñóùåñòâåííî îòëè÷à-
þòñÿ â ñâîåì ïîâåäåíèè â õîäå îòîãðåâà. Ìîæíî
ñêàçàòü, ÷òî íåèçìåííûì îñòàëñÿ òîëüêî äèàïàçîí
òåìïåðàòóð ñóùåñòâîâàíèÿ Iah-ñîñòîÿíèÿ è åãî ïðå-
âðàùåíèÿ â Ial. Êàê è íà ðèñ. 2, îíè ñîñòàâèëè ïðè-
áëèçèòåëüíî 16–38 Ê è 38–50 Ê ñîîòâåòñòâåííî.
Îñíîâíîå æå îòëè÷èå — áîëåå ðàííåå íà÷àëî ïðå-
âðàùåíèé â ðàññìàòðèâàåìûõ ïëåíêàõ è ñóùåñòâåí-
íî èíîé èõ õàðàêòåð. Äëÿ ïðîñòîòû ñðàâíåíèÿ è
àíàëèçà ïðèâåäåì îñíîâíûå îñîáåííîñòè çàâèñèìî-
ñòåé, ïðåäñòàâëåííûõ íà ðèñ. 3, ïî àíàëîãèè ñ îïè-
ñàíèåì ðèñ. 2.
1. Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ îáëàñòü ñóùåñòâîâàíèÿ
âûñîêîïëîòíûõ àìîðôíûõ ëüäîâ Iah T = 16–35 Ê.
Íàõîäèòñÿ â õîðîøåì ñîãëàñèè ñ çàâèñèìîñòÿìè,
ïðèâåäåííûìè íà ðèñ. 2.
2. Òåìïåðàòóðíûé èíòåðâàë ìîíîòîííîãî ïåðåõî-
äà îò Iah ê Ial (T � 35–50 Ê). Ïî ñðàâíåíèþ ñ äàííû-
ìè íà ðèñ. 2 ýòîò ïåðåõîä çàâåðøèëñÿ ïðè áîëåå
íèçêîé òåìïåðàòóðå.
3. Òåìïåðàòóðíûé èíòåðâàë 50–70 Ê — ñóùåñò-
âîâàíèå àìîðôíîãî ëüäà íèçêîé ïëîòíîñòè Ial.
4. Ïëàâíûé, íî îò÷åòëèâûé ïåðåõîä â èíòåðâàëå
îò 70 Ê äî 100–110 Ê. Èíòåðïðåòàöèÿ íå î÷åâèäíà.
Íà ðèñ. 2 ýòîìó ïðåâðàùåíèþ ñîîòâåòñòâóåò çíà÷è-
òåëüíî áîëåå ñëàáîå èçìåíåíèå (ïðèìåðíî íà 10% ïî
ñðàâíåíèþ ñ 50–60% íà äàííîì ðèñóíêå).
5. Èíòåðâàë îò 100–110 Ê äî 135 Ê. Î÷åâèäíîå
ñóùåñòâîâàíèå ìåòàñòàáèëüíîãî ñîñòîÿíèÿ, êîòîðîå
ïëàâíî ñòðåìèòñÿ, ïî àíàëîãèè ñ ðèñ. 2, ê ïåðåõîäó
â ñâåðõâÿçêóþ æèäêîñòü.
6. 135–(145–150) Ê. Î÷åâèäíî, ïåðåõîä èç ñòåê-
ëîîáðàçíîãî ñîñòîÿíèÿ â ñâåðõâÿçêóþ æèäêîñòü,
îäíàêî çíà÷èòåëüíî áîëåå çàòÿíóòûé — èíòåðâàë
10–15 ãðàäóñîâ ïî ñðàâíåíèþ ñ 3 ãðàäóñàìè íà
ðèñ. 2.
7. Èíòåðâàë 150–(190–195) Ê. Îòñóòñòâèå èçìå-
íåíèé â îáðàçöå. Âîçìîæíî, áëàãîäàðÿ òîìó, ÷òî
îíè óæå îñóùåñòâèëèñü â ñîîòâåòñòâèè ñ ïóíêòîì 4.
Ïî ìîäåëè Jenniskens â ýòîì èíòåðâàëå îáðàçåö ìî-
æåò ïðåäñòàâëÿòü ñîáîé ñìåñü àìîðôíîé (restrain-
ed) êîìïîíåíòû è êðèñòàëëè÷åñêèõ, âèäèìî, êóáè-
÷åñêèõ çàðîäûøåé.
8. Èíòåðâàë òåìïåðàòóð ïðèìåðíî 190–195 Ê.
Åñëè ïðåäïîëîæèòü, ÷òî â ýòîì èíòåðâàëå òåìïå-
ðàòóð îáðàçåö ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñìåñü àìîðôíûõ
è êðèñòàëëè÷åñêèõ êîìïîíåíò, òî íàáëþäàåìûå àíî-
ìàëèè ìîæíî îáúÿñíèòü ðàçëè÷èåì â ðàâíîâåñíûõ
äàâëåíèÿõ ýòèõ ñîñòàâëÿþùèõ. Ê òàêîìó âûâîäó
ïðèâîäèò àíàëèç ðåçóëüòàòîâ ðàáîòû [26], ñîãëàñíî
êîòîðûì ýíåðãèè àêòèâàöèè äåñîðáöèè àìîðôíûõ
è êðèñòàëëè÷åñêèõ êðèîêîíäåíñàòîâ âîäû ðàâíû
Òåðìîñòèìóëèðîâàííûå ïðåâðàùåíèÿ â êðèîâàêóóìíûõ ëüäàõ âîäû
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 4 483
20 40 60 80 100 120140 160 180 200 220
2
4
6
8
Î
òð
à
æ
à
òå
ë
üí
à
ÿ
ñï
î
ñî
á
í
î
ñò
ü,
ó
ñë
. å
ä
.
Ò, Ê
Tg = 137 K
1
2
Ðèñ. 3. Èçìåíåíèå ñèãíàëà ÈÊ ñïåêòðîìåòðà íà ÷àñòî-
òå íàáëþäåíèÿ �obs = 3015 ñì–1 â õîäå îòîãðåâà òîíêèõ
ïëåíîê ASW. Òîëùèíà îáðàçöîâ d = 0,75 ìêì, òåìïå-
ðàòóðà êîíäåíñàöèè T = 16 Ê, âðåìÿ îòîãðåâà � = 6 ÷,
vc, ìêì/c: 0,02 (1), 0,03 (2).
46,9 è 48,3 êÄæ/ìîëü ñîîòâåòñòâåííî. Òîãäà íà-
áëþäàåìîå ïîâåäåíèå êðèâîé îòîãðåâà ÿâëÿåòñÿ
ñëåäñòâèåì ïåðåêîíäåíñàöèè àìîðôíîé ñîñòàâëÿþ-
ùåé ÷åðåç ãàçîâóþ ôàçó â êðèñòàëëè÷åñêîå ñî-
ñòîÿíèå.
9. Èíòåðâàë 200–210 Ê. Íàèáîëåå âåðîÿòíî, ÷òî
ýòî îáëàñòü ñóùåñòâîâàíèÿ ãåêñàãîíàëüíîãî ëüäà.
Òî, ÷òî íà ïîäëîæêå ïðè ýòîì íàõîäèòñÿ ëåä, âèäíî
èç ÈÊ ñïåêòðîâ íà ðèñ. 1.
10. 210 Ê — ïðîöåññ ñóáëèìàöèè.
Òðåòüÿ ïàðà ðåçóëüòàòîâ îòîãðåâà îáðàçöîâ ïðè-
âåäåíà íà ðèñ. 4. Ñ ïðåäûäóùèìè ðåçóëüòàòàìè èõ
îáúåäèíÿåò ïðàêòè÷åñêè âñå ïàðàìåòðû îñàæäåíèÿ.
Âìåñòå ñ òåì î÷åâèäíû ðàçëè÷èÿ êàê ìåæäó ïðèâå-
äåííûìè âûøå ðåçóëüòàòàìè, òàê è ìåæäó ãðàôèêà-
ìè äàííîãî ðèñóíêà. Îáùèì äëÿ ýòèõ çàâèñèìîñòåé,
÷òî, ñîáñòâåííî, è ïîçâîëèëî ðàçìåñòèòü èõ íà îä-
íîì ðèñóíêå, ÿâëÿåòñÿ ðåçêèé ïåðåõîä â èíòåðâàëå
òåìïåðàòóð 170–175 Ê. Äàëüíåéøåå ïîâåäåíèå ðàñ-
ñìàòðèâàåìûõ îáðàçöîâ ïðè áîëåå âûñîêèõ òåìïåðà-
òóðàõ íå ïîçâîëÿåò èíòåðïðåòèðîâàòü ýòî ïðåâðàùå-
íèå êàê òîëüêî ñóáëèìàöèþ. Â îñòàëüíîì æå ýòè
êðèâûå ñóùåñòâåííî îòëè÷àþòñÿ, òàê ÷òî öåëåñîîá-
ðàçíî îáñóäèòü èõ ïî îòäåëüíîñòè.
1. Îáðàçåö, êîíäåíñèðîâàííûé ñî ñêîðîñòüþ vc =
= 0,03 ìêì/ñ. Èíòåðâàë ñóùåñòâîâàíèÿ Iah çíà÷è-
òåëüíî óæå, ÷åì äëÿ äàííûõ, ïðåäñòàâëåííûõ íà
ðèñ. 2 è 3. Îí çàêàí÷èâàåòñÿ ïðè 30 Ê. Äàëåå íà÷è-
íàåòñÿ ðåçêèé ïåðåõîä ê Ial, òàêæå çàâåðøàþùèéñÿ
ðàíüøå, ïðè T = 40 Ê. Ïðè T � 80 Ê íà÷èíàåòñÿ ïà-
äåíèå ñèãíàëà ÈÊ ñïåêòðîìåòðà íà ÷àñòîòå íàáëþäå-
íèÿ, ò.å. ñìåùåíèå ïîëîñû âàëåíòíûõ êîëåáàíèé â
áîëåå íèçêèå ÷àñòîòû. Ýòî èçìåíåíèå èìååò ñòóïåí-
÷àòûé õàðàêòåð è çàâåðøàåòñÿ íå î÷åíü âûðàæåí-
íûì ñòåêëîïåðåõîäîì ïðè òåìïåðàòóðàõ îò 130 äî
140 Ê. Äàëåå â èíòåðâàëå òåìïåðàòóð 140–175 Ê ñî-
ñòîÿíèå îáðàçöà ïðîäîëæàåò ñòóïåí÷àòûì îáðàçîì
ìåíÿòüñÿ. Ïðè T = 175 Ê íàáëþäàåòñÿ ñêà÷êîîáðàç-
íîå èçìåíåíèå ñ ïîñëåäóþùèìè îñîáåííîñòÿìè ïðè
äàëüíåéøåì ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû.
2. Îáðàçåö, êîíäåíñèðîâàííûé ñî ñêîðîñòüþ vc =
= 0,020 ìêì/ñ. Îñîáåííîñòüþ ýòîãî îáðàçöà ÿâëÿåò-
ñÿ ïëàâíûé ïåðåõîä, íà÷èíàþùèéñÿ ïðè T = 40 Ê,
îò Iah ê Ial, êîòîðûé çàâåðøàåòñÿ ïðè T � 63 Ê. Â íå-
áîëüøîì èíòåðâàëå òåìïåðàòóð (65–80 Ê) ìîæíî
ñ÷èòàòü ñîñòîÿíèå îáðàçöà ñòàáèëüíûì, ïîñëå ÷åãî
âíîâü íà÷èíàåòñÿ ðîñò ñèãíàëà ïðèìåðíî äî 100 Ê.
Äàëåå â äîñòàòî÷íî óçêîì èíòåðâàëå òåìïåðàòóð
(136–142 Ê) íàáëþäàåòñÿ ðåçêèé ñòåêëîïåðåõîä ñ
ïîñëåäóþùèì ñòàáèëüíûì ñîñòîÿíèåì âïëîòü äî
òåìïåðàòóðû 170 Ê.
Íà ðèñ. 5 ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû îòîãðåâà ïëåíîê
ASW ñ òåìè æå ïàðàìåòðàìè, ÷òî è íà ðèñóíêàõ
âûøå, ñ òîé ðàçíèöåé, ÷òî ñêîðîñòü îáðàçîâàíèÿ
êðèîêîíäåíñàòîâ áûëà â 5–10 ðàç ìåíüøå. Ïðèâå-
äåíû äàííûå äëÿ òðåõ çíà÷åíèé ñêîðîñòè ðîñòà, êî-
òîðûå ìåæäó ñîáîé äîñòàòî÷íî õîðîøî ñîãëàñóþòñÿ.
Êàê âèäíî, íà êðèâûõ èìååòñÿ õîðîøî âûðàæåííûé
èíòåðâàë ñóùåñòâîâàíèÿ Iah ñ âåðõíèì çíà÷åíèåì
òåìïåðàòóðû T � 35 Ê ñ ïîñëåäóþùèì ïåðåõîäîì ê
Ial â èíòåðâàëå 45–55 Ê. Ïåðåõîä îò Ial ê Iar-ñîñòîÿ-
íèþ ëüäà íà÷èíàåòñÿ ïðè T � 100 Ê. Ïåðåõîä â óëüò-
ðàâÿçêóþ æèäêîñòü äîñòàòî÷íî ðàñòÿíóò — íà÷èíà-
åòñÿ ïðè Tg � 138 Ê è çàêàí÷èâàåòñÿ ïðè 150–155 Ê.
Äàëåå íà÷èíàåòñÿ ïðîöåññ ñòóïåí÷àòûõ ïðåâðàùå-
íèé, îñîáåííî ÿðêî ïðîÿâëÿþùèõñÿ äëÿ îáðàçöà,
êîíäåíñèðîâàííîãî ñî ñêîðîñòüþ vc = 0,009 ìêì/ñ.
Ïðè òåìïåðàòóðå ïîäëîæêè T � 190 Ê íà÷èíàåòñÿ
484 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 4
À. Äðîáûøåâ, À. Àëäèÿðîâ, Ä. Æóìàãàëèóëû, Â. Êóðíîñîâ, Í. Òîêìîëäèí
20 40 60 80 100 120140 160 180 200
4
5
6
7
8
9
10
Î
òð
à
æ
à
òå
ë
üí
à
ÿ
ñï
î
ñî
á
í
î
ñò
ü,
ó
ñë
. å
ä
.
Ò, Ê
Tg = 137 K1
2
Ðèñ. 4. Èçìåíåíèå ñèãíàëà ÈÊ ñïåêòðîìåòðà íà ÷àñòîòå
íàáëþäåíèÿ �obs = 3015 ñì–1 â õîäå îòîãðåâà òîíêèõ ïëå-
íîê ASW. Òîëùèíà îáðàçöîâ d = 0,75 ìêì, òåìïåðàòóðà
êîíäåíñàöèè T = 16 Ê, âðåìÿ îòîãðåâà � = 6 ÷, vc, ìêì/c:
0,02 (1), 0,03 (2).
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
4,8
5,2
5,6
6,0
6,4
6,8
7,2
7,6
8,0
Ò, Ê
Î
òð
à
æ
à
òå
ë
üí
à
ÿ
ñï
î
ñî
á
í
î
ñò
ü,
ó
ñë
. å
ä
.
Tg = 137 K
3
2
1
Ðèñ. 5. Èçìåíåíèå ñèãíàëà ÈÊ ñïåêòðîìåòðà íà ÷àñòîòå
íàáëþäåíèÿ �obs = 3015 ñì–1 â õîäå îòîãðåâà òîíêèõ ïëå-
íîê ASW. Òîëùèíà îáðàçöîâ d = 0,75 ìêì, òåìïåðàòóðà
êîíäåíñàöèè T = 16 Ê, âðåìÿ îòîãðåâà � = 6 ÷, ñêîðîñòè
êîíäåíñàöèè vc, ìêì/c: 0,009 (1), 0,003 (2), 0,013 (3).
ðåçêèé ïåðåõîä, ïîõîæèé íà èíòåíñèâíóþ ñóáëèìà-
öèþ, îäíàêî ñ ïîñëåäóþùèìè ïðîÿâëåíèÿìè îñî-
áåííîñòåé â õîäå äàëüíåéøåãî ïîâûøåíèÿ òåìïåðà-
òóðû.
4. Îáñóæäåíèå
Äëÿ óäîáñòâà ñðàâíåíèÿ è îáñóæäåíèÿ ïîëó÷åí-
íûå äàííûå ñâåäåíû â îäíó òàáëèöó, â êîòîðîé õà-
ðàêòåðíûå òåìïåðàòóðíûå èíòåðâàëû ñãðóïïèðîâà-
íû ïî ñêîðîñòÿì ðîñòà îáðàçöîâ.
 âåðõíåé ñòðîêå òàáëèöû îáîçíà÷åíû âîçìîæ-
íûå ñîñòîÿíèÿ è ïåðåõîäû, êîòîðûå ñîîòâåòñòâóþò
âûäâèãàåìîé ãðóïïîé P. Jenniskens êîíöåïöèè [5–7].
Íå âïîëíå âïèñûâàþùèåñÿ â ýòó èäåîëîãèþ ðåçóëü-
òàòû, èëè ñòîÿùèå îñîáíÿêîì, íî ÿâíî ïîâòîðÿþ-
ùèåñÿ â íàøèõ ýêñïåðèìåíòàõ, îáîçíà÷åíû çíà-
êîì «?».
Iah — èíòåðâàë òåìïåðàòóð, â êîòîðîì âîçìîæíî
ñóùåñòâîâàíèå âûñîêîïëîòíîãî ñîñòîÿíèÿ àìîðô-
íûõ ëüäîâ (high density amorphous);
Iah � Ial — ïðåäïîëàãàåìûé ïåðåõîä îò ñîñòîÿ-
íèÿ (high density amorphous) ê àìîðôíûì ëüäàì
íèçêîé ïëîòíîñòè (low density amorphous);
Ial — îáëàñòü ñóùåñòâîâàíèÿ àìîðôíîãî ëüäà
íèçêîé ïëîòíîñòè;
Ial � Iar – ïåðåõîä ê àìîðôíîìó «restrained»
(ñäåðæèâàþùåìó) ñîñòîÿíèþ;
? – ïåðåõîä, êîòîðûé â ðÿäå ýêñïåðèìåíòîâ íà-
áëþäàåòñÿ ïåðåä ïåðåõîäîì ñòåêëî—æèäêîñòü;
Tg — òåìïåðàòóðíûé èíòåðâàë ïåðåõîäà ñòåêëî-
îáðàçíàÿ âîäà—ñâåðõâÿçêàÿ æèäêàÿ âîäà;
Iar � Ih — âîçìîæíî, ñîãëàñíî [5, 6], ðîñò ãåêñà-
ãîíàëüíûõ äåôåêòîâ èç àìîðôíîé ôàçû;
Iar � Ic — çàäåðæàííûé ïðåäûäóùåé ñòàäè-
åé, ðîñò êóáè÷åñêèõ êðèñòàëëèòîâ èç àìîðôíîé
ôàçû [5];
Ic � Ih — ðåêðèñòàëëèçàöèÿ êóáè÷åñêîé ôàçû â
ãåêñàãîíàëüíóþ.
Àíàëèçèðóÿ ïðèâåäåííûå â òàáëèöå ðåçóëüòàòû,
ìû äåëàåì ñëåäóþùèå âûâîäû îòíîñèòåëüíî òåìïå-
ðàòóðíûõ ðåæèìîâ ñóùåñòâîâàíèÿ è òðàíñôîðìà-
öèé êðèîâàêóóìíûõ êîíäåíñàòîâ âîäû.
1. Èíòåðâàë 16–35 Ê. Ïðàêòè÷åñêè âî âñåõ ïðî-
âåäåííûõ ýêñïåðèìåíòàõ ïðè îòîãðåâå îáðàçöîâ
îò 16 Ê (ìèíèìàëüíàÿ òåìïåðàòóðà îñàæäåíèÿ) äî
� 35 Ê íå îòìå÷àëîñü êàêèõ-ëèáî ñóùåñòâåííûõ
èçìåíåíèé ñèãíàëà èíòåðôåðîìåòðà íà ÷àñòîòå íà-
áëþäåíèÿ 3015 ñì–1. Ñäåëàíî ïðåäïîëîæåíèå, ÷òî
äàííûé äèàïàçîí òåìïåðàòóð ñîîòâåòñòâóåò ñóùåñò-
âîâàíèþ àìîðôíûõ êðèîâàêóóìíûõ êîíäåíñàòîâ
âûñîêîé ïëîòíîñòè Iah, ÷òî íàõîäèòñÿ â î÷åíü õîðî-
øåì ñîãëàñèè ñ äàííûìè P. Jenniskens ñ ñîòðóäíè-
êàìè [5–7].
2. Îòîãðåâ îáðàçöîâ îò T � 35 äî 60 Ê ïðèâîäèò ê
ïîñòåïåííîìó óâåëè÷åíèþ ñèãíàëà ÈÊ ñïåêòðîìåò-
ðà, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò íåçíà÷èòåëüíîìó óìåíüøåíèþ
øèðèíû ïîëîñû ïîãëîùåíèÿ (ΖÍ)-ñâÿçè ñî ñìå-
ùåíèåì â áîëåå âûñîêèå ÷àñòîòû.  ýòîì èíòåðâàëå
òåìïåðàòóð àìîðôíûé ëåä âûñîêîé ïëîòíîñòè Iah
òðàíñôîðìèðóåòñÿ â àìîðôíîå ñîñòîÿíèå íèçêîé
ïëîòíîñòè Ial. Ïðèáëèçèòåëüíûå ðàñ÷åòû [5] äàþò
ñîîòâåòñòâóþùåå ýòîìó ïðåâðàùåíèþ èçìåíåíèå ýí-
òàëüïèè �Í = 10 êÄæ/ìîëü. Ýòî ñâÿçàíî, âèäèìî, ñ
Òåðìîñòèìóëèðîâàííûå ïðåâðàùåíèÿ â êðèîâàêóóìíûõ ëüäàõ âîäû
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 4 485
Òàáëèöà 1. Õàðàêòåðíûå òåìïåðàòóðíûå èíòåðâàëû, ñîîòâåòñòâóþù�å òåðìîñòèìóëèðîâàííûì ïðåâðàùåíèÿì â êðèîêîíäåí-
ñèðîâàííûõ ëüäàõ âîäû. Òîëùèíà ïëåíîê d = 0,75 ìêì. Äàííûå ñãðóïïèðîâàíû ïî ñêîðîñòÿì êðèîêîíäåíñàöèè
v,
ìêì/ñ
Ò, Ê
Iah
Ò, Ê
Iah�Ial
Ò, Ê
Ial
Ò, Ê
Ial��ar
Ò, Ê
?
Tg, Ê
Ò, Ê
Iar�Ih
Ò, Ê
Iar�Iñ
Ò, Ê
Ic�Ih
0,001 16–35 35–60 60–100 100–138 — 138–143 143–153 175–182 190
0,003 16–35 35–45 45–100 100–135 — 135–147 147–155 165–180 185
0,009 16–30 30–60 60–100 100–135 — 135–145 145–162 174–176 191
0,02 16–38 38–65 65–85 85–105 105–136 136–142 142–170 171(?)
0,02 16–35 35–45 45–95 95–110 110–135 135–145 145–190 190
0,021 16–27 27–60 60–110 110–137 137–140 152–165 175–185 192
0,03 16–35 35–50 50–75 75–105 105–136 136–165 165–195 195
0,032 16–33 33–40 40–80 80–110 110–132 132–138 145–155 162–167 175(?)
0,044 16–36 36–65 65–110 110–137 137–140 140–160 175–185 192
òåì, ÷òî íàëè÷èå âíåäðåííîé â öåíòð ýëåìåíòàðíîé
ÿ÷åéêè ïÿòîé ìîëåêóëû âîäû ñíèæàåò àêòèâàöèîí-
íûé áàðüåð ðåñòðóêòóðèçàöèè [5].
3. Òåìïåðàòóðíûé èíòåðâàë 70–130 Ê ñîäåðæèò
íàèáîëåå íåðåãóëÿðíûå èçìåíåíèÿ êðèâîé îòîãðåâà.
Îäíàêî òàêîé õàðàêòåð ïîâåäåíèÿ îáðàçöîâ ïðè èõ
îòîãðåâå ñòàíîâèòñÿ ïîíÿòíûì, åñëè âçÿòü çà îñíîâó
ïðåäïîëîæåíèå P. Jenniskens ñ ñîòðóäíèêàìè [5–7].
 ñîîòâåòñòâèè ñ íèì àìîðôíîå ñîñòîÿíèå âîäû
ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñìåñü êóáè÷åñêèõ è ãåêñàãîíàëü-
íûõ êðèñòàëëèòîâ ðàçìåðîì ïîðÿäêà 0,005 ìêì.
Ïðîöåññ êðèñòàëëèçàöèè â òàêîé ïëåíêå äîëæåí
íà÷àòüñÿ ñ òåðìîäèíàìè÷åñêè áîëåå îòäàëåííîé, íî-
ýíåðãåòè÷åñêè áîëåå âûãîäíîé ãåêñàãîíàëüíîé êîì-
ïîíåíòû. Ðîñò êóáè÷åñêèõ çàðîäûøåé ïðè ýòîì òîð-
ìîçèòñÿ (restrained amorphous). Ìû ïîëàãàåì, ÷òî
èìåííî ñîîòíîøåíèå ìåæäó ïåðâîíà÷àëüíûìè êîí-
öåíòðàöèÿìè ãåêñàãîíàëüíûõ è êóáè÷åñêèõ äåôåê-
òîâ â àìîðôíîé ìàòðèöå è îïðåäåëÿåò õàðàêòåð êðè-
âîé îòîãðåâà â äèàïàçîíå ñóùåñòâîâàíèÿ Iar-«ôàçû»,
âêëþ÷àÿ îáëàñòü òåìïåðàòóð âûøå ñòåêëîïåðåõîäà.
Ýòî ñîîòíîøåíèå êîíöåíòðàöèé óñòàíàâëèâàåòñÿ â
ìîìåíò êðèîîñàæäåíèÿ ïëåíêè è ìîæåò áûòü ïîä-
âåðæåíî âëèÿíèþ ðàçíîîáðàçíûõ ýêñïåðèìåíòàëü-
íûõ ôàêòîðîâ, â òîì ÷èñëå, îáúåêòèâíî íå êîíòðî-
ëèðóåìûõ â òîì èëè èíîì ýêñïåðèìåíòå.
4. Òåìïåðàòóðà ñòåêëîïåðåõîäà. Ïðàêòè÷åñêè
äëÿ âñåõ ïðîâåäåííûõ ýêñïåðèìåíòîâ åå çíà÷åíèå
ñîñòàâèëî Tg = (136 ± 2) Ê. Ýòà âåëè÷èíà íàõîäèòñÿ
â õîðîøåì ñîãëàñèè ñ áîëüøèì ÷èñëîì ïðîâåäåííûõ
â ïîñëåäíèå ãîäû ýêñïåðèìåíòîâ.
Âïîëíå óäîâëåòâîðèòåëüíàÿ ïîâòîðÿåìîñòü çíà-
÷åíèÿ Tg â áîëüøîì ÷èñëå ýêñïåðèìåíòîâ, ñ îäíîé
ñòîðîíû, è ñóùåñòâåííûå îòëè÷èÿ â ïðîöåññàõ êðè-
ñòàëëèçàöèè â ýòèõ æå ýêñïåðèìåíòàõ, ñ äðóãîé ñòî-
ðîíû, ïîçâîëÿþò ñäåëàòü íåêîòîðûå âûâîäû îòíîñè-
òåëüíî òîãî, â êàêîé ñòåïåíè ýêçîòåðìè÷åñêèé
ïðîöåññ êðèñòàëëèçàöèè ìàñêèðóåò ýíäîòåðìè÷å-
ñêèé ïåðåõîä «ñòåêëî»—ñâåðõâÿçêàÿ æèäêîñòü. Èí-
òåíñèâíûå äåáàòû ïî ýòîìó ïîâîäó ðàçâåðíóëèñü ìå-
æäó ãðóïïàìè èññëåäîâàòåëåé, âîçãëàâëÿåìûõ, ñ
îäíîé ñòîðîíû, G.P. Johari — «Does water need a
new Tg?» [27] , à ñ äðóãîé, C. Angel — «Clarifying
the glass-transition behaviour of water by comparison
with hyperquenched inorganic glasses» [28]. Îäíèì
èç ïðåäìåòîâ îáñóæäåíèÿ â ýòèõ äåáàòàõ ÿâëÿåòñÿ
âîïðîñ î íåîáõîäèìîñòè ðåâèçèè çíà÷åíèÿ òåìïåðà-
òóðû ñòåêëîïåðåõîäà àìîðôíîé âîäû. Àíàëèçèðóÿ â
ýòîì ñâåòå íàøè äàííûå, ìîæíî ñêàçàòü ñëåäóþùåå.
Åñëè ïðîöåññû êðèñòàëëèçàöèè, êîòîðûå íà÷èíàþò-
ñÿ ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ, ïðàêòè÷åñêè íå
âëèÿþò íà òåìïåðàòóðó «àíîìàëüíîãî» ïîâåäåíèÿ
êðèâîé îòîãðåâà, òî ýòà «àíîìàëèÿ», ñêîðåå âñåãî,
ÿâëÿåòñÿ ïåðåõîäîì îò ñòåêëîîáðàçíîãî ê æèäêîìó
ñîñòîÿíèþ âîäû. Òàêèì îáðàçîì, íàøè äàííûå ìî-
ãóò ñëóæèòü ïîäòâåðæäåíèåì òîãî, ÷òî òåìïåðàòóðà
ïåðåõîäà îò ASW ê ñâåðõâÿçêîé æèäêîé âîäå ëåæèò
âáëèçè çíà÷åíèÿ Tg � 136 Ê.
5. Èíòåðâàë òåìïåðàòóð âûøå ñòåêëîïåðåõîäà –
îò 150 äî 190 Ê. Ñóäÿ ïî ìíîãî÷èñëåííûì è ðàçíî-
îáðàçíûì èññëåäîâàíèÿì ïîñëåäíèõ äåñÿòè ëåò, â
äàííîì òåìïåðàòóðíîì èíòåðâàëå âîçìîæíî îäíî-
âðåìåííîå ñóùåñòâîâàíèå ïðàêòè÷åñêè âñåõ âàðèàí-
òîâ íèçêîòåìïåðàòóðíûõ ôîðì âîäû – àìîðôíîãî,
æèäêîãî è äâóõ êðèñòàëëè÷åñêèõ ñîñòîÿíèé. Åñëè
ýòî òàê, òî äàííîå îáñòîÿòåëüñòâî ìîæåò ÿâèòüñÿ
ïðè÷èíîé ðàçíîîáðàçíîãî ïîâåäåíèÿ êðèâîé îòîãðå-
âà â ðàññìàòðèâàåìîì èíòåðâàëå. Ìîæíî ïðåäïîëî-
æèòü, ÷òî ýòî íåïîñðåäñòâåííûì îáðàçîì ñâÿçàíî ñ
ïåðâîíà÷àëüíûì (â ìîìåíò êîíäåíñàöèè) ðàñïðåäå-
ëåíèåì ìåæäó êîíöåíòðàöèÿìè äâóõ òèïîâ êðèñòàë-
ëè÷åñêèõ çàðîäûøåé.
6. Ðåçêèå èçìåíåíèÿ êðèâîé îòîãðåâà â óçêîì èí-
òåðâàëå òåìïåðàòóð îò 190 Ê è âûøå (ðèñ. 3). Êàê
âèäíî íà ðèñ. 1, ïðè÷èíîé òàêîãî ïîâåäåíèÿ ðàñ-
ñìàòðèâàåìûõ êðèâûõ íå ìîæåò áûòü òîëüêî ñóá-
ëèìàöèÿ. Èñõîäÿ èç âîçìîæíîé ñòðóêòóðíî-ìîð-
ôîëîãè÷åñêîé ïîëèâàðèàíòíîñòè îáðàçöîâ (ï. 5),
íàáëþäàåìûå àíîìàëèè ìîæíî îáúÿñíèòü ðàçëè÷è-
åì â ðàâíîâåñíûõ äàâëåíèÿõ ýòèõ ñîñòàâëÿþùèõ. Ê
òàêîìó âûâîäó ïðèâîäèò àíàëèç ðåçóëüòàòîâ ðàáîòû
[26], ñîãëàñíî êîòîðûì ýíåðãèè àêòèâàöèè äåñîðá-
öèè àìîðôíûõ è êðèñòàëëè÷åñêèõ êðèîêîíäåíñàòîâ
âîäû ðàâíû 46,9 è 48,3 êÄæ/ìîëü. Òîãäà íàáëþ-
äàåìîå ïîâåäåíèå êðèâîé îòîãðåâà ÿâëÿåòñÿ ñëåäñò-
âèåì ïåðåêîíäåíñàöèè àìîðôíîé ñîñòàâëÿþùåé ÷å-
ðåç ãàçîâóþ ôàçó â êðèñòàëëè÷åñêîå ñîñòîÿíèå.
Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî îïðåäåëåííûå ýêñïåðè-
ìåíòàëüíûå óñëîâèÿ âïîëíå îäíîçíà÷íî âëèÿþò íà
ýòîò ýôôåêò. Íàìè çàïëàíèðîâàíû ñïåöèàëüíûå èñ-
ñëåäîâàíèÿ â ýòîì íàïðàâëåíèè.
1. V.F. Petrenko and R.W. Whitworth, Physics of Ice,
Oxford University Press, New York (1999).
2. A. Hallbrucker, E. Mayer, and G.P. Johari, J. Phys.
Chem. 93, 4986 (1989).
3. G.P. Johari, J. Chem. Phys. 119, 2935 (2003).
4. Y. Yue and C. Angell, Nature 427, 717 (2004).
5. P. Jenniskens and D. Blake, Science 265, 753 (1994).
6. P. Jenniskens and D. Blake, Astrophys. J. 473, 1104
(1996).
7. P. Jenniskens, S.F. Banham, D.F. Blake, and M.R.S.
McCoustra, J. Chem. Phys. 107, 1232 (1997).
8. O. Mishima, L.D. Calvert, and E. Whalley, Nature
(London) 310, 393 (1984).
9. G.P. Johari, J. Chem. Phys. 102, 6224 (1995).
10. J.E. Bertie and E. Whalley, J. Chem. Phys. 40, 1646
(1964).
11. S.A. Rice and A.G. Sceats, J. Chem. Phys. 69, 3468
(1978).
486 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 4
À. Äðîáûøåâ, À. Àëäèÿðîâ, Ä. Æóìàãàëèóëû, Â. Êóðíîñîâ, Í. Òîêìîëäèí
12. Y. Tajima, T. Matsuo, and H. Suga, J. Phys. Chem.
Solids 45, 1135 (1984).
13. E.F. Burton and W.F. Oliver, Nature (London) 135,
505 (1935).
14. M. Guthrie, J. Urguidi, Ch. Tulk, Ch. Benmore,
D. Klug, and J. Neuefeind, Phys. Rev. B68, 184110
(2003).
15. A.H. Narten, C.G. Venkatesh, and S.A. Rice, J.
Chem. Phys. 64, 1106 (1976).
16. P.J. Debenedetti, J. Phys.: Condens. Matter 15, 1669
(2003).
17. C.A. Angell, Science 267, 1924 (1995).
18. R.J. Speedy, J. Phys. Chem. 96, 2322 (1992).
19. Y. Suzuki and O. Mishima, J. Phys. Soc. Jpn. 72,
3128 (2003).
20. J.A. McMillan and S.C. Los, Nature 206, 806, (1965).
21. G.P. Johari, A. Hallbrucker, and E. Mayer, Science
273, 90 (1996)
22. A.S. Drobyshev and T.A. Prokhodtseva, J. Low Temp.
Phys. 119, 431 (2000).
23. À.Ñ. Äðîáûøåâ, Í.Â. Àòàïèíà, Ä.Í. Ãàðèïîãëû,
Ñ.Ë. Ìàêñèìîâ, Å.À. Ñàìûøêèí, ÔÍÒ 19, 567
(1993).
24. À.Ñ. Äðîáûøåâ, Ä.Í. Ãàðèïîãëû, Ñ.Ë. Ìàêñèìîâ,
Å.À. Ñàìûøêèí, ÔÍÒ 20, 600 (1994).
25. N.V. Krainyukova, M.A. Strzhemechny, and A.S. Dro-
byshev, Czech. J. Phys. 46, Suppl S4, 2243 (1996).
26. R.J. Speedy, P.J. Debendetti, R.S. Smith, C. Huang,
and B.D. Kay, J. Chem. Phys. 105, 240 (1996).
27. G.P. Johari, J. Chem. Phys. 116, 8067 (2002).
28. V. Velikov, S. Borick, and C. Angell, Science 294,
2335 (2001).
Thermostimulated transitions in cryodeposited
water ices
A. Drobyshev, A. Aldiyarov, D. Zhumagaliuly,
V. Kurnosov, and N. Tokmoldin
The question of the nature and mechanism of
structural transformations in cryovacuum water
ices is still disputable. There are different inter-
pretations of cryoprecipitate behaviour in the
range of glass transition concerning both the se-
quence of transformations and the value of glass
transition temperature Tg. The paper presents
the experimental data on thermally stimulated
polyamorphic and polymorph transitions in cryo-
vacuum deposited water ice films formed at T =
= 16 K. The studies were conducted using a mo-
dified cryovacuum spectrophotometer at frequ-
encies ranged 4200–400 cm–1. The experiments
were based on indirect observation of transfor-
mations in cryodeposited films at a fixed IR
spectrometer frequency, the method being devel-
oped by the authors. The authors present the
data which accurately define the temperature
intervals of existence and transitions between
amorphous solid water, high density amorphous,
low density amorphous and restrained amor-
phous states, as well as their transitions into
crystalline (cubic and hexagonal) state. Sugges-
tions made as to value of glass transition temper-
ature Tg in the interval of 136–138 K. The re-
sults are in good agreement with those obtained
by P. Jenniskens et al.
ÐACS: 78.30.–j Infrared and Raman spectra;
61.50.–f Crystalline state;
78.30.Hv Other nonmetallic inorganics.
Keywords: cryovacuum water ice films, poly-
amorphous and polymorphic transitions.
Òåðìîñòèìóëèðîâàííûå ïðåâðàùåíèÿ â êðèîâàêóóìíûõ ëüäàõ âîäû
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 4 487
|